Ciência que estuda a química da vida

• Mostra como o conjunto de moléculas inanimadas que

constituem os seres vivos interagem para manter e

perpetuar a vida seguindo as leis da química e da física

que regem o universo.

• Como o conjunto de moléculas que constituem os seres

vivos interagem para lhes conferir suas características e

propriedades

Quais são as características de todos os seres vivos????

1 - Complexidade química e organização microscópica

•Elementos químicos

comuns C, O, N, H e P

•Poucas unidades

fundamentais (monômeros)

compartilhadas por todos os

seres vivos

•Hierarquia celular

(organização similar)

Características dos seres vivos

E como existe tanta

diversidade entre os

seres vivos?

S=NL onde: S = número de sequências possíveis

N = número de unidades existentes

L = comprimento linear da sequência

Quantas sequencias diferentes podem ser feitas

com elas? (Com repetição e seguindo uma direção)

Unidades monoméricas agrupadas em

sequência diversas podem originar várias

moléculas diferentes

DNA → S=48 = 65.536

Proteínas → S = 208 = 2,65x1010

A variação no arranjo das

unidades monoméricas →

variedade nas moléculas ....

As unidades monoméricas e essa hierarquia estrutural

são compartilhadas por todas as células vivas

Células são unidades fundamentais dos seres vivos

altamente organizadas

Unidades

monoméricas Macromoléculas Complexos

supramoleculares Células Tecidos e

Organismos

2 - Possuem sistemas para

a extração, transformação

e uso da energia do meio

em que vive

3 - Capacidade de se

replicar e viver em

grupo

DNA DNA

RNA

Proteína

replicação

transcrição

tradução

4 - Mecanismos de perceber e responder a alterações do meio

5 - Possuem capacidade de definir funções para seus componentes e regular a interação entre eles.

6 - Possuem capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual.

Bioquímica área da ciência que

estuda a estrutura das

biomoléculas, suas propriedades e

como elas interagem para conferir

as características dos seres vivos

Biomoléculas

Moléculas orgânicas que constituem os seres vivos

Biomoléculas quando observadas individualmente,

seguem todas as leis da física e química descritas

para a matéria inanimada

Conferem as características especiais dos

seres vivos quando elas passam a agir em

conjunto, com uma grande organização

87%

Maior massa é de

carbono, nitrogênio,

oxigênio e hidrogênio

Existe a participação

de vários outros

elementos em

pequena quantidade

C = 1/2 do peso

seco das células

C é um átomo muito versátil em relação às

ligações covalentes que pode formar

Regra do octeto – na formação de uma ligação

covalente os átomos tendem a ficar com 8 elétrons na

camada de valência por compartilhamento de elétrons

(Hidrogênio 2 elétrons).

Carbono tem 4 elétrons na camada de valência

Carbono pode fazer ligações simples

duplas e triplas com vários átomos na

constituição das biomoléculas

Forma ligações covalentes simples com o H

Forma ligações covalentes simples e duplas com o O

Forma ligações covalentes simples e duplas com o N

Além disso.......

Ligações entre átomos de C

(tripla é rara nas biomoléculas)

Configuração

Arranjo tridimensional específico

dos átomos que formam uma

molécula

A configuração das biomoléculas está

relacionada com suas características

e funcionalidade

Diversidade de ligação dos átomos de carbono

proporcionam distribuição atômica espacial importante

para as biomoléculas

Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica

Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão

em um mesmo plano, apresentam um arranjo

tetraédrico

Ligações covalentes simples entre átomo de carbono

Ângulo de 109º entre duas ligações

Comprimento de 0,154nm entre os átomos

Possui rotação livre e geometria tetraédrica

A dupla ligação entre os C confere maior

proximidade entre os átomos (0,134nm)

A geometria entre os C é planar

É rígida, não permite rotação entre os átomos pois

todos os átomos vizinhos estão em um mesmo plano

Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,

ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas

A configuração dos átomos das moléculas

biológicas é importante para a suas atividades

Disposição diferente de ligantes ao redor do átomo de C

podem originar moléculas diferentes

isômeros geométricos e isômeros ópticos ou

estereoisômeros

Presença de dupla

ligação

Presença de carbono

assimétrico

•As moléculas biológicas possuem formas isoméricas

não podem ser convertidas sem a quebra de ligação

•Possuem características físicas e biológicas

diferentes

Isômeros geométricos ou cis-trans

Diferem no arranjo de seus grupos com relação

a uma dupla ligação

Feromônio sexual produzido

pela mosca-doméstica (CIS)

Composto produzido por

pesquisador (TRANS)

Sem efeito sobre o macho

H3C —(CH2)7 —CH = CH—(CH2)12— CH3

Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica

Isômeros ópticos ou Estereoisômeros

Um átomo de carbono

com quatro ligantes

diferentes (carbono

assimétrico ou centro

quiral) - duas

configurações que

são imagem especular

entre si

(D ou L, S ou R)

Moléculas biológicas podem ter mais que um centro quiral

e portanto vários isômeros – 2n (número de carbonos assimétricos)

Espelho

Uso na indústria de alimentos (flavorizantes), como solventes

biodegradáveis e como o R-limoneno tem efeito repelente para

insetos tem sido usado na formulação de alguns inseticidas.

R S

Ervas usadas na culinária

Óleos essenciais utilizados na

indústria

Ao esqueleto de C das biomoléculas podem

ser adicionados grupos com outros átomos

que vão contribuir para as propriedades

químicas das molécula.

Grupos funcionais

Separados em 5 famílias de compostos

1 - Hidrocarbonetos

2 - Grupos com oxigênio

3 - Grupos com nitrogênio

4 - Grupos com enxofre

5 - Grupos com fósforo

1 - Hidrocarbonetos

Metil

Etil

Fenil

2 - Grupos com oxigênio

carbonila

aldeído cetona

carboxila

anidrido

( 2 carboxilas)

alcool - hidroxila

éter

éster

3 - Grupos com nitrogênio

amina

amida

guanidina

imidazol

4 - Grupos com enxofre

sulfidrila

dissulfeto

tioester

5 - Grupos com fósforo

fosforila

fosfoanidrido

acilfosfato

(anidrido misto, acido carboxilico

mais acido fosforico)

As moléculas biológicas podem ser

consideradas polifuncionais em relação aos

grupos químicos que as compõem

As características químicas e biológicas das

biomoléculas são determinadas pelos grupos

funcionais que as constituem e sua disposição

tridimensional

Conformação

(disposição dos grupos que podem ser

alteradas sem quebra de ligação)

Os grupos funcionais também são

importantes porque eles é que vão

determinar as interações químicas da

molécula com o ambiente

A água constitui uma grande proporção

do organismos vivos (70% massa)

Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente

através de ligações de hidrogênio

Grupamentos polares das biomoléculas podem formar

ligações de hidrogênio com a água

Ocorrem entre um átomo eletronegativo (Oxigênio ou

Nitrogênio) e um hidrogênio ligado a outro átomo

eletronegativo (Oxigênio ou Nitrogênio)

Ligações de Hidrogênio importantes nas

biomoléculas

Ligações de

Hidrogênio

podem ocorrem

entre moléculas e

a água, entre

grupos de uma

mesma molécula

ou de moléculas

diferentes

Óleo possui moléculas sem grupamentos

capazes de formar ligações de hidrogênio com

a água (triglicerídeos)

Presença de grupos com carga elétrica ou que fazem

ligações de Hidrogênio com a água classifica as

moléculas em:

hidrofílicas (moléculas solúveis na água)

hidrofóbicas (moléculas não solúveis na água)

Essas interações fracas:

• ligações de hidrogênio

• forças hidrofílicas e

hidrofóbicas

• interações iônicas (cargas + e -)

Importantes para a manutenção da

estrutura tridimensional das

moléculas e suas funções

biológicas

Estrutura e função das biomoléculas

• Carboidratos (Açúcares) • Proteínas (Enzimas) • Lipídeos (Gorduras)

• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)